KR20030013103A - 시비율 제어와 주파수 제어를 이용한 종속 접속 스위칭전력 변환장치 - Google Patents

시비율 제어와 주파수 제어를 이용한 종속 접속 스위칭전력 변환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상시에는 1차 컨버터를 펄스 폭 변조제어하고 2차 컨버터를 고정주파수 고정 시비율로 제어함으로서 출력전압을 안정화시키며 출력 과부하시에는 1차 컨버터와 2차 컨버터를 모두 시비율제어로 동작시켜 전원장치와 부하를 보호하는 종속접속 스위칭 전력변환장치에 관한 것으로,
본 발명의 종속접속 스위칭 전력변환장치는, 입력 전압(Vin)으로부터 중간단 전압(V2)의 크기를 변환하는 승압형 컨버터(310); 상기 승압형 컨버터(310)에 의해 변환출력된 중간단 전압(V2)을 스위칭하여 구형파 전압으로 만드는 인버터부(320); 상기 인버터부(320)에서 발생시킨 구형파 전압을 변압하여 2차 권선으로 유도하는 변압기(330); 상기 변압기(330)의 2차 권선 전압을 정류 평활하여 출력하는 출력필터부(340); 가변되는 시비율의 스위칭펄스를 발생하여 상기 승압형 컨버터(310)의 스위칭 동작을 제어하는 제 1 제어부(350); 상시 고정된 시비율의 스위칭펄스를 발생하여 상기 인버터부(320)의 스위칭 동작을 제어하는 제 2 제어부(360); 상기 출력 필터부(340)의 출력 전압(Vo)을 검출하여 궤환하는 전압 궤환부(370); 상기 인버터부(320)와 상기 변압기(330)간에 흐르는 전류를 검출하여 궤환하는 전류 궤환부(380)를 포함하여 구성되어, 상시에는 반도체스위치와 변압기의 기생성분에 의한 기생발진을 없애며 변압기의 전류 파형의 단위시간당 전류기울기를 낮추어 노이즈를 억제하고 과부하시에는 시비율 제어 또는 주파수 제어에 의해 출력을 제한하는 것이다.

Description

시비율 제어와 주파수 제어를 이용한 종속 접속 스위칭 전력 변환 장치{Switching Power Converter}
본 발명은 종속접속 스위칭 전력변환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 승압형컨버터와 하프브릿지컨버터를 종속 접속한 후 상시에는 하프브릿지 컨버터부를 50%에 근접한 시비율(Duty)의 고정주파수로 동작시키면서 승압형 컨버터부의 시비율을 제어하여 안정된 2차측의 출력전압을 구현하도록 하고 출력 과부하시는 하프브릿지 컨버터부를 시비율제어 또는 주파수제어방식으로 동작시켜 전원장치와 부하를 보호하는 종속접속 스위칭 전력변환장치에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 스위칭전력변환장치에는 하드스위칭 전력변환장치(Hard Switching Power Converter)와 소프트스위칭 전력변환장치(Soft Switching Power Converter)가 있다. 하드스위칭 전력변환장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 입력 전압(Vin)을 스위칭하여 구형파 전압으로 만드는 인버터부(110); 권선비에 따라 상기 구형파 전압을 변환하여 1차측에서 2차측으로 유도하는 변압기(120); 상기 변압기의 2차측의 전압을 정류 평활하여 출력하는 출력필터부(130); 상기 출력필터부(130)의 출력 전압(Vo)을 검출하여 궤환하는 궤환회로부(140); 상기 궤환된 신호에 의거하여 상기 인버터부(110)의 시비율을 제어하는 펄스폭변조기(PWM : Pulse Width Modulator)(150)로 구성되어 있다.
도 1과 같은 종래의 하드스위칭 전력변환장치는, 인가된 직류 입력전압(Vin)을 상기 펄스폭 변조기(150)의 제어 신호에 따라 상기 인버터부(110)의 반도체 스위치(Q)를 교번적으로 온-오프 제어하여 고속의 고주파 구형파 전압으로 만들고, 상기 만들어진 구형파 전압은 임의의 권선비를 갖는 상기 변압기(120)를 통해 변압되어 2차측으로 출력된 후, 상기 출력필터부(130)를 통해 정류 및 평활되어 목적하는 직류 출력전압(Vo)으로 만들어진다. 이때, 부하의 변동에도 출력필터부(130)의 출력전압(Vo)이 항상 일정하게 유지될 수 있도록, 상기 궤환회로부(140)를 통해 출력필터부(130)의 출력전압(Vo)을 궤환하고, 이 궤환되는 출력전압의 변동량에 따라 상기 펄스폭변조기(150)는 상기 인버터부(110)의 스위치(Q)의 시비율을 조정하는 데, 만일 2차측 출력전압이 설정값보다 높아지면 시비율을 낮추고, 낮아지면 시비율을 높이는 방향으로 제어한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 하드스위칭 전력변환장치는 반도체 스위치(Q)와 변압기(120)등에 존재하는 기생성분에 의해 기생발진이 발생되며 반도체 스위치의 온-오프 동작 시 전압파형과 전류파형의 중첩으로 인해 스위칭손실이 발생되어 효율이 낮고 반도체 스위치(Q)와 변압기(120)를 흐르는 전류의 단위 시간당 전류 기울기가 높아 스파이크(spike) 잡음이 높아지는 단점이 있었다.
소프트 스위칭 스위칭 전력변환장치(Soft Switching Power Converter)는 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 전압(Vin)을 스위칭하여 구형파 전압으로 만드는 인버터부(210); 권선비에 따라 상기 구형파 전압을 변환하여 1차측에서 2차측으로 유도하는 변압기(220); 상기 변압기(220)의 2차측의 전압을 정류 평활하여 출력하는 출력필터부(230); 상기 출력필터부(230)의 출력 전압(Vo)을 검출하여 궤환하는 궤환회로부(240); 상기 궤환된 신호에 의거하여 상기 인버터부(210)의 주파수를 제어하는 전압제어발진기(VCO : Voltage Controlled Oscillator)(250)로 구성되어 있다.
도 2와 같은 종래의 소프트 스위칭 전력 변환 장치는, 인가된 직류 입력전압(Vin)을 상기 전압제어발진기(250)의 제어 신호에 따라 상기 인버터부(210)의 반도체 스위치(Q)를 교번적으로 온-오프 제어하여 고속의 고주파 구형파 전압으로 만들고, 상기 만들어진 구형파 전압은 임의의 권선비를 갖는 상기 변압기(220)를 통해 변압되어 2차측으로 출력된 후, 상기 출력필터부(230)를 통해 정류 및 평활되어 목적하는 직류 출력전압(Vo)으로 만들어진다. 이때, 부하의 변동에도 출력필터부(230)의 출력전압(Vo)이 항상 일정하게 유지될 수 있도록, 상기 궤환회로부(240)를 통해 출력필터부(230)의 출력전압(Vo)을 궤환하고, 이 궤환되는 출력전압의 변동량에 따라 상기 전압제어발진기(250)는 상기 인버터부(210)의 스위치(Q)의 주파수를 조정하는데, 만일 2차측 출력전압이 설정값보다 높아지면 주파수를 높이고, 낮아지면 주파수를 낮추는 방법으로 제어한다.
상기와 같은 종래의 소프트 스위칭 전력변환장치는 기생발진과 스위칭손실의 발생이 적고 효율이 높으며 반도체스위치(Q)와 변압기(120)를 흐르는 전류가 정현파에 가깝기 때문에, 단위 시간당 전류 기울기가 낮아 스파이크잡음이 낮아지는 장점이 있으나 상시에도 주파수가 변동되기 때문에 고주파 잡음의 제어가 어렵고 부하의 변동에도 항상 안정된 동작을 유지하기 위해 상기 변압기(220)에 공극을 사용해주어야 하며 출력 과부하 시 또는 출력 단락시 전원장치를 보호하기 위해 상기 변압기의 1차권선과 직렬로 인덕터를 사용하여야 하는데 상기 인덕터에 의한 손실발생과 가격상승의 단점이 있고 입력전압범위를 넓게 사용할 수 없는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
본 발명의 목적은 하드 스위칭 전원장치의 장점과 스프트스위칭 전원장치의 장점을 조합한 제어방식으로 종속접속 스위칭 전력변환장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 종속접속 스위칭전력변환장치는, 입력전압을 스위칭하여 중간단의 전압을 출력하는 승압수단; 상기 승압수단의 출력전압을 구형파전압으로 바꾸는 인버터수단; 상기 인버터수단의 구형파전압을 권선비에 따라 2차측으로 유도하는 변압수단; 상기 변압수단의 2차측 전압을 정류 평활하여 출력하는 출력필터수단; 상기 변압수단의 전류를 일정비율로 검출하여 궤환하는 전류궤환수단; 상기 출력필터수단의 출력전압을 일정비율로 검출하여 궤환하는 전압궤환수단; 상기 전압궤환수단 및 전류궤환수단의 궤환신호에 의거하여 상기 승압수단의 스위칭 동작을 제어하여 그 출력전압의 레벨을 조절하기 위한 제어수단 및 상기 인버터수단의 스위칭동작을 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명은, 상시 인버터수단은 고정주파수 고정시비율로 두고 상기 승압수단의 시비율을 조절하므로써, 안정된 2차측 출력전압을 얻을 수 있도록 하는 것이다. 따라서 상기 인버터수단의 구성시 종래의 하드 스위칭방식에서 자주 발생되는 각종 기생발진 현상을 없애고, 인버터수단의 시비율을 50%가까이고정하여 사용함으로서 리플도 작게 하여 출력필터수단의 크기를 줄이게 되며 깨끗한 직류 전압을 얻을 수 있다. 또한 출력 과부하시는 인버터수단의 시비율을 제어하거나 주파수를 제어함으로서 전원장치와 부하를 보호함으로서 별도의 부가회로 없이 종래의 소프트 스위칭방식의 문제점을 해결하였다.
도 1은 종래의 하드 스위칭 전력 변환 장치의 회로도,
도 2는 종래의 소프트 스위칭 전력 변환 장치의 회로도,
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 종속접속 전력변환장치의 회로도,
도 4는 도 3의 주요 부분의 신호 파형도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 종속접속 전력변환장치의 회로도,
도 6은 본 발명의 변압기 1차에 변류기를 사용하여 전류를 궤환하는 종속접속 전력변환장치의 회로도,
도 7은 본 발명의 변압기 2차에 변류기를 사용하여 전류를 궤환하는 종속접속 전력변환장치의 회로도,
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
310 : 승압형컨버터부 320 : 인버터부
330 : 변압기 340 : 출력필터부
350 : 제 1 제어부 360, 390 : 제 2 제어부
370 : 전압궤환부 380 : 전류궤환부
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력변환장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 종속접속 스위칭 전력변환장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 입력전압(Vin)을 스위칭하여 중간단 전압(V2)의 크기를 조정하기 위한 승압수단으로서의 승압형 컨버터부(310); 상기 승압형 컨버터부(310)에 의해 조정된 중간단 전압(V2)을 재차 스위칭하여 구형파 전압으로 만드는 인버터수단으로서의 인버터부(320); 원하는 권선비에 따라 1차측의 상기 구형파 전압을 변압하여 2차측으로 유도하는 변압기(330); 상기 변압기(330)의 2차측의 전압을 정류·평활하여 출력하는 출력필터부(340); 가변된 시비율의 스위칭 펄스를 발생하여 상기 승압형컨버터부(310)의 스위칭 동작을 제어하는 제 1 제어부(350); 상시에는 50%에 근접한 고정된 시비율의 스위칭 펄스를 발생하고 출력과부하시는 시비율제어로 동작하여 상기 인버터부(320)의 스위칭 동작을 제어하는 제 2 제어부(360); 상기 인버터부(320)와 상기 변압기(330)간에 흐르는 전류를 검출하여 궤환하는 전류궤환부(380) 및 상기 출력필터부(340)의 출력전압(Vo)을 검출하여 궤환하는 전압궤환부(370)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 승압형컨버터부(310)는, 상호 직렬 연결된 코일(L1)과 다이오드(D1), 상기 코일(L1)과 다이오드(D1)의 공통 접점과 접지간에 각각 드레인과 소스가 연결된 전계효과트랜지스터(Q1), 및 상기 다이오드(D1)의 출력단과 접지간에 양단이 연결된 콘덴서(C1)로 구성되어 있다.
상기 인버터부(320)는 상기 다이오드(D1)와 상기 콘덴서(C1)의 공통접점과 접지와 연결된 저항(R1)간에 직렬 연결된 2개의 전계효과트랜지스터(Q2,Q3), 상기 2개의 전계효과트랜지스터(Q2,Q3)의 공통접점에 연결된 콘덴서(C2)로 구성되어 있다.
상기 변압기(330)는 상호 임의 권선비를 갖는 1차측 권선(N1)과 2차측 권선(N2,N3)으로 구성되어 있고, 상기 1차측 권선(N1)은 상기 콘덴서(C2)와 접지간에 연결되어 있다.
상기 출력필터부(340)는 상기 변압기(330)의 2차측 권선(N2,N3)에 각각 연결된 정류다이오드(D2,D3)와 상기 정류다이오드(D2,D3)의 공통접점과 접지간에 연결된 콘덴서(C3)로 구성되어 있다.
상기 제 1 제어부(350)는 상기 전압궤환부(370)과 전류궤환부(380)의 출력단에 입력단이 전기적으로 연결되어 상기 전압 및 전류궤환부(370,380)를 통한 궤환신호에 의거하여 조정된 시비율의 스위칭 펄스를 발생하는 펄스폭 변조 발생기(PWM Generator)(PWM1)와, 상기 펄스폭 변조 발생기(PWM1)로부터 출력되는 펄스 제어신호를 증폭하여 상기 전압레벨조정부(210)의 상기 전계효과트랜지스터(Q1)의 게이트에 인가하는 증폭기(GD1)로 구성되어 있다.
상기 제 2 제어부(360)는 상기 펄스폭변조 발생기(PWM1)와 동기된 임의의 시비율의 스위칭 펄스를 발생하는 펄스폭변조 발생기(PWM2)와, 상기 펄스폭변조 발생기(PWM2)로부터 출력되는 펄스 제어신호를 각각 증폭 및 반전 증폭하여 상기 2개의 전계효과트랜지스터(Q2,Q3)의 게이트에 인가하는 증폭기(GD2) 및 반전증폭기(GD3)로 구성되어 있다.
상기 전압궤환부(370)는 상기 출력필터부(340)의 상기 콘덴서(C1)의 정극단과 접지 사이에 직렬 연결된 2개의 저항(R2,R3)과, 상기 2개의 저항(R2,R3)의 공통접점에 반전입력이 연결되고 기준전압(미도시)이 비반전입력에 연결된 오차증폭기(EA1), 상기 2개의 저항(R2,R3)의 공통접점과 상기 오차증폭기(EA1)의 출력단 사이에 연결된 임피던스(Z1), 상기 오차증폭기(EA1)의 출력단과 상기 콘덴서(C1)의 정극단 사이에 저항(R4)를 매개로 연결된 발광부(PD1)가 연결된 포토커플러(PD1, PT1)로 구성되어 있다.
상기 전류궤환부(380)는 션트저항(R1), 맥류전압파형을 직류전압파형으로 정류하기 위한 필터(F1)를 매개로 상기 션트저항(R1)과 반전입력단이 연결된 오차증폭기(EA2), 상기 오차증폭기(EA2)의 비반전입력단 및 출력단에 각각 양단이 연결된 임피던스(Z2), 상기 오차증폭기(EA2)의 비반전입력단 에 연결된 기준전원(미도시), 및 상기 오차증폭기(EA2)의 출력단에 연결된 다이오드(D4)로 구성되어 있다.
이상과 같이 구성된 도 3의 본 발명의 전력 변환 장치의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 입력전압(Vin)은 직류전압이고, 이 직류전압은 교류로부터 간단한 정류회로로 변환된 맥류이어도 무방하다. 상기 직류 입력전압(Vin)은 상기 코일(L1), 스위치(Q1) 및 다이오드(D1)로 구성된 상기 승압형컨버터부(310)를 통해서 상대적으로 더 큰 중간단 전압(V2)으로 변환된다.
다음, 상기 인버터부(320)는 상기 중간단 전압(V2)을 입력받아 구형파 전압(V3)으로 만든다. 상기 구형파 전압(V3)은 상시 50%에 근접한 고정 시비율과 고정주파수형태로서, 상기 펄스폭 변조 발생기(PWM2)는 50%에 근접한 시비율을 갖는 펄스 제어신호를 발생하고, 이 발생된 펄스 제어신호는 상기 증폭기(GD2, GD3)를 통해 각각 증폭되어, 도 4에 도시된 바와 같은 G2 및 G3와 같이 된 후 상기 한 쌍의 전계효과트랜지스터(Q2,Q3)의 게이트에 인가되며, 이로 인해 상기 한쌍의 전계효과트랜지스터(Q2,Q3)는 상호 교번 스위칭 되어 상기 중간단 전압(V2)을 도 4에서의 V3와 같은 50%에 근접한 시비율의 구형파 전압으로 만들게 된다. 이 회로에서 상기 인버터부(320)와 상기 변압기(330)의 1차측 코일(N1)전류는 도 4에서의 I3와 같이 정현파에 근접한 형태가 된다. 이는 상기 변압기(330)의 상기 1차측 코일(N1)과 이에 연결된 상기 콘덴서(C2)에 의한 공진의 결과이다. 이와 같이 본 발명에서는, 상기 변압기(240) 1차측의 전류가 정현파에 근접한 형태로 되기 때문에, 상기 스위치(Q2,Q3)의 온-오프 시 해당 스위치(Q2,Q3)에는 전류가 거의 흐르지 않게 되어 스위칭 손실 및 발열이 줄어들게 된다. 종래의 하드 스위칭컨버터에서는 상기 스위치(Q2,Q3)의 스위칭 펄스의 시비율이 고정되어 있지 않고 2차측의 전압으로부터 피드백되는 신호에 따라 변화되기 때문에, 상기한 바와 같이 영전류 스위칭(Zero Current Switching)이 불가능하였지만, 본 발명에서는 출력전압(Vo)을안정된 정전압으로 유지하기 위하여, 상기 승압컨버터부(310)를 제어하여 중간단 전압(V2)의 크기를 조절하고 상기 스위치(Q2,Q3)의 시비율은 고정시키므로 항상 안정된 스위칭이 가능해지게 된다.
상기 인버터부(320)에 의해 발생된 상기 구형파 전압은 상기 변압기(330)의 1차측에 인가되어 권선비에 따라 2차측에 도 4의 V4, V5와 같은 교류 전압으로 나타나고, 그 2차측 교류전압은 상기 정류 다이오드(D2,D3)로 이루어진 간단한 정류회로에 의해 정류되어 도 4에서의 I6과 같은 전류파형으로 상기 콘덴서(C3)에 충전되어 직류 출력전압(Vo)으로 출력된다.
이때, 상기 출력필터부(340)의 출력전압(Vo)은 부하(미도시)의 변동에 따라 상기 변압기(330) 권선의 내부저항과 상기 다이오드(D2,D3), 상기 전계효과트랜지스터(Q2,Q3) 등의 저항 성분에서 발생하는 전압강하 등의 요인으로 변동하게 되는 데, 이 변동에 대한 보상, 즉 상기 중간단 전압(V2)의 크기를 조절하여 출력전압(Vo)를 안정화하는 동작은 다음과 같다.
상기 출력필터부(340)의 출력전압(Vo)은 상기 전압궤환부(370)의 저항(R2,R3)에 의해 검출되고 상기 오차증폭기(EA1)에서 기준전압(미도시)와 비교되어 오차량을 포토커플러의 발광부(PD1)로 보내게 된다. 이 신호는 포토커플러의 수광부(PT1)으로 절연되어 보내져서 상기 제 1 제어부(350) 내부의 상기 펄스폭변조발생기(PWM1)에 궤환되며, 상기 펄스폭변조발생기(PWM1)는 그 궤환신호에 의거하여 스위칭 펄스의 펄스폭을 조절함으로써, 상기 전계효과트랜지스터(Q1)의 스위칭을 제어하는 바, 상기 출력전압(Vo)이 기준전압보다 높아지면 스위칭 펄스의 펄스폭을 작게하고, 낮아지면 높게 조절하여 상기 출력전압(Vo)이 일정한 값으로 유지되도록 한다.
상기 출력필터부(340) 후단에 연결되는 부하(미도시)가 지나치게 증가되거나 출력단이 단락되는 등 과부하 상태가 발생되면 상기 인버터부(320)와 상기 변압기(330), 상기 출력필터부(340)를 흐르는 전류가 증가된다. 이때 전원장치를 상시와 같이 동작시키면 각 부의 소자가 견딜 수 있는 내량 이상의 전류로 인해 전원장치 및 부하가 파손될 수 있다. 상시에는 상기 션트저항(R1)에서 검출되는 전류의 전압환산값이 기준전압(미도시)보다 높지 않으므로 상기 전류궤환부(380)가 동작하지 않고 상기 펄스폭변조 발생기(PWM2)가 50%에 근접한 고정시비율, 고정주파수로 출력되어 상기 인버터부(320)를 안정된 영전압 영전류 스위칭모드로 동작시킨다. 출력과부하시는 상기 션트저항(R1)에서 검출되는 전류의 전압환산값이 상기 기준전압(미도시)보다 높아지므로 상기 오차증폭기(EA2)가 상기 펄스폭변조 발생기(PWM1, PWM2)의 시비율을 낮추도록 제어 동작을 한다. 이때 상기 승압컨버터(310)와 상기 인버터부(320)가 하드스위칭상태로 동작되어 스파이크노이즈는 증가되지만 비정상적인 부하조건에 한정된 상황이므로 정상적인 동작조건에서는 문제가 되지않고 제 1 제어부와 제 2 제어부의 스위칭주파수를 동기 시켜 전원장치 내부의 불규칙적인 잡음영향을 억제할 수 있다.
이에 더하여, 상기 제 2 제어부 내부의 펄스폭변조 발생기(PWM2)를 전압제어발진기(VCO1)로 대치하여 출력 과부하시 상기 인버터부(320)을 주파수제어 방식으로 제어하면 출력 과부하시에도 상기 인버터부(320)를 소프트 스위칭방식으로 제어할 수 있다.
도 5는, 이러한 주파수 제어방식을 이용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 종속접속 스위칭전력변환 장치의 회로도로서, 도 3과 동일 부분은 동일부호를 부가하여 그 설명을 생략하도록 하고, 그 외의 부가적인 특징 부분만 설명하도록 한다.
도 5에 있어서, 승압형컨버터부(310), 인버터부(320), 변압기(330), 출력필터부(340), 제 1 제어부(350), 전류궤환부(380), 전압궤환부(370)의 구성은 도 3의 구성과 동일하며, 여기에 제 2 제어부(390)의 구성이 수정되어 있다.
상기 제 2 제어부(390)는 상기 전류궤환회로(380)의 제어신호에 대응하는 주파수, 50%에 근접한 시비율로 상기 인버터부(320) 내부의 한쌍의 전계효과트랜지스터(Q1,Q2)를 구동하기 위한 펄스를 발생시켜 증폭기(GD2,GD3)를 통하여 상기 전계효과트랜지스터(Q1,Q2)를 구동한다. 상시에는 상기 션트저항(R1)에서 검출되는 전류의 전압환산값이 기준전압(미도시)보다 높지 않으므로 상기 전류궤환부(380)가 동작하지 않고 상기 전압제어발진기(VCO1)가 50%에 근접한 고정시비율, 고정주파수의 펄스를 출력하여 상기 인버터부(320)를 안정된 영전압 영전류 스위칭모드로 동작시킨다. 출력과부하시는 상기 션트저항(R1)에서 검출되는 전류의 전압환산값이 상기 기준전압(미도시)보다 높아지므로 상기 오차증폭기(EA2)가 상기 펄스폭변조 발생기(PWM1)의 시비율을 낮추고, 상기 전압제어발진기(VCO1)의 주파수는 높이도록 제어 동작을 한다. 이때 상기 인버터부(320)는 소프트 스위칭상태로 동작된다.
이 경우, 상기 인버터부(320)는 항시 소프트 스위칭상태로 동작되지만 제 1 제어부(350)와 제2제어부(390)의 스위칭주파수를 동기시킬 수 없다.
이에 더하여, 상기전류궤환부(380)의 상기 션트저항(R1)을 변류기(CT1)로 대치 한 것이 도 6의 장치이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 종속접속 스위칭전력변환 장치의 회로도로서, 도 5와 동일 부분은 동일부호를 부가하여 그 설명을 생략하도록 하고, 그외의 부가적인 특징 부분만 설명하도록 한다. 도 6을 보면, 승압형컨버터부(310), 인버터부(320), 변압기(330), 출력필터부(340), 제 1 제어부(350), 제 2 제어부(390), 전압궤환부(370)의 구성은 도 5의 구성과 동일하며, 여기에 전류궤환부(380)의 구성이 수정되어 있다.
상기 전류궤환부(380)는 상기 변류기(CT1)에서 검출된 상기 변압기(T1)의 1차권선(N1)의 전류를 기준전압(미도시)과 비교한다. 상시에는 상기 변류기(CT1)에서 검출되는 전류의 전압환산값이 기준전압(미도시)보다 높지 않으므로 상기 전류궤환부(380)가 동작하지 않고 상기 전압제어발진기(VCO1)가 50%에 근접한 고정시비율, 고정주파수의 펄스를 출력하여 상기 인버터부(320)를 안정된 영전압 영전류 스위칭모드로 동작시킨다. 출력과부하시는 상기 변류기(CT1)에서 검출되는 전류의 전압환산값이 상기 기준전압(미도시)보다 높아지므로 상기 오차증폭기(EA2)가 상기 펄스폭변조 발생기(PWM1, PWM2)의 시비율을 낮추도록 제어 동작을 한다.
이에 더하여, 상기전류궤환부(380)의 상기 변류기(CT1)를 상기 변압기(T1)의 2차권선(N2)에 연결한 것이 도 7의 장치이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 종속접속 스위칭전력변환 장치의 회로도로서, 도 6과 동일 부분은 동일부호를 부가하여 그 설명을 생략하도록 하고, 그외의 부가적인 특징 부분만 설명하도록 한다. 도 7을 보면, 승압형컨버터부(310), 인버터부(320), 변압기(330),출력필터부(340), 제 1 제어부(350), 제 2 제어부(390), 전압궤환부(370)의 구성은 도 6의 구성과 동일하며, 여기에 전류궤환부(380)의 구성이 수정되어 있다.
상기 전류궤환부(380)는 상기 변류기(CT1)에서 검출된 상기 변압기(T1)의 2차권선(N2)의 전류를 기준전압(미도시)과 비교한다. 상시에는 상기 변류기(CT1)에서 검출되는 전류의 전압환산값이 기준전압(미도시)보다 높지 않으므로 상기 전류궤환부(380)가 동작하지 않고 상기 전압제어발진기(VCO1)가 50%에 근접한 고정시비율, 고정주파수의 펄스를 출력하여 상기 인버터부(320)를 안정된 영전압 영전류 스위칭모드로 동작시킨다. 출력과부하시는 상기 변류기(CT1)에서 검출되는 전류의 전압환산값이 상기 기준전압(미도시)보다 높아지므로 상기 오차증폭기(EA2)가 상기 펄스폭변조 발생기(PWM1, PWM2)의 시비율을 낮추도록 제어 동작을 한다.
이상, 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 종속접속 스위칭전력변환장치에 의하면, 하드스위칭과 소프트스위칭의 장점을 조합한 새로운 제어방식을 사용함으로서 상시에는 영전압·영전류 스위칭을 구현하여 기생발진 문제를 없애고 효율을 올리며, 변압기의 전류파형의 단위시간당 전류기울기를 낮추어 고주파 노이즈를 줄이며, 출력 과부하시에는 완벽한 출력제한특성을 갖는 새로운 스위칭전원장치를 구현하게 된다. 또한 본 발명에 따른 종속접속 스위칭전력변환장치는 1차 컨버터의 전압조정기능에 의해 넓은 입력전압 허용범위가 보장된다.

Claims (5)

  1. 입력전압을 스위칭하여 그 전압의 레벨을 변환하여 중간단의 전압을 출력하는 승압수단;
    상기 승압수단의 출력전압을 스위칭하여 구형파 전압을 발생시키는 인버터수단;
    권선비에 따라 1차측의 상기 구형파전압을 변압하여 2차측으로 유도하는 변압수단;
    상기 변압수단의 2차측 전압을 정류 평활하여 출력하는 출력필터수단;
    상기 출력필터수단의 출력전압을 일정비율로 검출하여 궤환하는 전압궤환수단;
    상기 변압수단의 전류를 일정비율로 검출하고 직류값으로 근사화 시킨후 궤환하는 전류궤환수단;
    상기 전압궤환수단 및 전류궤환수단의 궤환신호에 의거하여 상기 승압수단의 스위칭 동작을 제어하는 제 1 제어수단; 및
    상기 전류궤환수단의 궤환신호에 의거하여 상기 인버터수단의 스위칭 동작을을 제어하는 제 2 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 종속접속 스위칭 전력변환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 제어 수단은, 펄스폭변조기를 구비하여, 상기 인버터 수단의 시비율을 제어하는 것을 특징으로 하는 종속접속 스위칭 전력변환장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 제어 수단은, 전압제어발진기를 구비하여, 상기 인버터 수단의 주파를 제어하는 것을 특징으로 하는 종속접속 스위칭 전력변환장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압수단의 전류를 일정비율로 검출하기 위해 상기변압수단의 1 차권선과 직렬로 분류기를 사용하는 것을 특징으로 하는 종속접속 스위칭 전력변환장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압수단의 전류를 일정비율로 검출하기 위해 상기변압수단의 2 차권선과 직렬로 분류기를 사용하는 것을 특징으로 하는 종속접속 스위칭 전력변환장치.
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